CN1403831A - 一种新型结构的平面二阶磁场梯度计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超导量子干涉器件(SQUID)技术领域。本发明采用双闭合环路探测线圈，使两个闭合环路公共部分的电流与ΦA－2ΦB+ΦC成正比，与SQUID耦合，得到二阶磁场梯度计。本发明结构简单；只要SQUID可以与线路1耦合，本发明对SQUID的位置要求不严格；可由多个SQUID与线路耦合以提高成品率。
Description
本发明涉及超导量子干涉器件(SQUID)技术领域。
超导量子干涉器(SQUID)是非常灵敏的磁场探测器件。在许多应用中，为减少环境杂散磁场(如地磁场和空间电磁波)的影响，通常都采用梯度计。对高温超导而言，由于没有超导线，不能用传统的梯度线圈的方式来构成梯度计。目前对于高温超导体，SQUID梯度计以两种形式来实现：第一种称之为电子学梯度计；第二种叫平面梯度计。电子学梯度计是由两个及两个以上的SQUID磁强计构成，通过电子学的方法将SQUID磁强计的输出信号相减得到梯度计。它具有基线长度可任意长，平衡度可外部调节的优点。但缺点是制作结构和电子学线路复杂，并且如果单个的SQUID在外界磁场干扰下不能工作，则梯度计也就不能工作了。平面梯度计是将SQUID和梯度探测线圈做在一个基片上而形成梯度计。虽有基线长度受基片尺寸的限制和器件制作相对复杂的缺点，但使用简单，抗干扰强。
目前的高温超导体一阶SQUID梯度计采用电子学梯度计和平面梯度计两种形式都有(文献1，D.Koelle，R.Kleiner，F.Ludwig，E.Dantsker and J.Clark，’High-transition-temperaturesuperconducting quantum interference devices’，Rev.Mod.Phys.Vol.71，631(1999))，而高温超导二阶SQUID梯度计多为电子学形式的，有些是由两个平面一阶梯度计构成的。
以往有关高温超导平面二阶磁场梯度计的唯一一篇文献(文献2，S.-G.Lee，Y.Hwang，B.-C.Nam，J.-T.Kim，I.-S.Kim，‘Direct-coupled second-order superconducting quantum interferencedevice gradiometer from single layer of high temperaturesuperconductor’，Appl.Phys.Lett.vol.73 2345(1998))中探测线圈由左、中、右三个面积相等的闭合环路(以A、B和C表示)(见图1)。其中环路A与环路B组成一阶梯度探测线圈，提供与ΦA-ΦB成正比的电流，同时环路B与环路C组成的另一一阶梯度探测线圈提供与ΦB-ΦC成正比的电流；两部分分别与SQUID直接耦合，效果相减获得与ΦA-2ΦB+ΦC成正比的耦合电流，从而得到二阶磁场梯度计。但这种二阶平面式梯度计中的SQUID的位置必须在线圈边缘的中点处，且只能有一个SQUID与探测线圈耦合。对高温超导薄膜而言，薄膜边缘的质量一般不如中间的好，因此在边缘做SQUID的成品率不高。
本发明的目的在于改进已有技术的缺点，采用双闭合环路探测线圈，使两个闭合环路的公共部分中的电流与ΦA-2ΦB+ΦC成正比，与SQUID耦合，从而得到二阶磁场梯度计。本发明的结构简单，且对SQUID的位置要求不严格，可由多个SQUID与线路耦合以提高成品率。
本发明的目的是这样实现的(见图2)：
1)将高温超导膜光刻成2个的闭合环路。其中一个闭合环路由开环路A、开环路C和连接通道D三部分组成，另一个闭合环路为B。线路1是闭合环路B与闭合环路ACD的公共部分。其中开环路A、开环路C和闭合环路B面积形状都相同，而连接通道D的面积尽可能小。
2)在步骤1)的线路1边上同时光刻出一个SQUID2与线路1耦合。SQUID2由电极3、4提供偏置电流。
具体制作过程如下：
首先，按图2所示的图形，制作成掩模板；其次，取一片钛酸锶或铝酸镧基片，利用粒子束刻蚀的方法在SQUID位置刻出一个台阶，并在此基片上用磁控溅射的方法溅射一层钇钡铜氧薄膜；再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把钇钡铜氧薄膜刻成如图2所示的图形，其中台阶要对准图形中的SQUID环路；将SQUID的电极连接好，便制成了一个平面二阶磁场梯度计。
当超导膜环路处于与膜面垂直的磁场中时，由超导环路的类磁通守恒定律，在环路中激发出与磁通大小Φ成正比的电流I。I＝Φ/L。其中，Φ是超导环路内的磁通，L是超导环路的电感。
由于闭合环路ACD是由开环路A、开环路C和连接通道D组成的，因此在环路ACD上的电流大小IAC＝(ΦA+ΦC+ΦD)/(LA+LC+LD)。由于连接通道D的面积远远小于环路A、C的面积，因此ΦD和LD可以忽略不计，从而得到IAC＝(ΦA+ΦC)/(LA+LC)。闭合环路B上的电流IB＝ΦB/LB。则线路1上的电流I1＝IAC-IB＝(ΦA+ΦC)/(LA+LC)-ΦB/LB。由于环路A、B、C面积形状都相等，因此LA＝LB＝LC＝L，则I1＝(ΦA+ΦC)/2L-ΦB/L＝(ΦA-2ΦB+ΦC)/2L。线路1上的电流产生的磁场与SQUID2耦合，利用SQUID2检测出线路1中的电流大小，从而组成平面二阶磁场梯度计。
由上可知，只要SQUID可以与线路1耦合，本梯度计对SQUID的位置没有更多要求。一般而言，SQUID多采用台阶结或双晶结，成品率不是很高。利用本梯度计对位置的灵活性，可在一条晶界上或多个台阶上制作多个SQUID与线路1耦合，从而提高了成品率。
图面说明：
图1是文献2的结构原理图，
图2是本发明的结构示意图。
本发明通过采用双闭合环路探测线圈，两闭合环路公共部分的电流与ΦA-2ΦB+ΦC成正比，与SQUID耦合得到二阶磁场梯度计。本发明结构简单，对SQUID的位置要求不严格，可由多个SQUID与线路耦合，提高了成品率。
实施例1：按图2制作一个平面二阶磁场梯度计。
首先，按图2所示的图形，制作成掩模板。其次，取一片钛酸锶或铝酸镧基片，利用粒子束刻蚀的方法在SQUID位置刻出一个台阶；在此基片上用磁控溅射的方法溅射一层钇钡铜氧薄膜。再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把钇钡铜氧薄膜刻成如图2所示的图形，其中台阶要对准图形中的SQUID环路。
将SQUID的电极连接好，便制成了一个平面二阶磁场梯度计。
Claims (2)
1.一种新型结构的平面二阶磁场梯度计，其特征在于：将高温超导膜光刻成2个的闭合环路；其中一个闭合环路由开环路A、开环路C和连接通道D三部分组成，另一个闭合环路为B；线路(1)是闭合环路B与闭合环路ACD的公共部分；其中开环路A、开环路C和闭合环路B面积形状都相同，而连接通道D的面积尽可能小；在线路1边上任意位置光刻出一个SQUID(2)与线路(1)耦合；SQUID(2)由电极(3)、(4)提供偏置电流。
2.按权利要求1所述的平面二阶磁场梯度计，其特征在于：还可以在线路1边上任意位置光刻出多个SQUID。
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